G-M低溫泵系統的故障診斷與分析
本文比較系統地總結了Gifford- McMahon (G- M)制冷循環(huán)的低溫泵系統的故障診斷與分析方法, 提出了低溫泵在使用過(guò)程中應注意的問(wèn)題與解決方案, 并結合實(shí)例詳細描述了解決故障的方法、工具和診斷過(guò)程。本文的方法可以為低溫泵系統的故障診斷和排除提供實(shí)際的指導作用。
低溫高真空泵(Cryogenic high- vacuum Pump),又稱(chēng)低溫泵、冷泵、冷凝泵, 它可以高速抽取各種氣體, 既可以為科學(xué)研究提供潔凈的超高真空環(huán)境( 可以達到10-9Pa 的超高真空) , 又可提供超低溫的測試環(huán)境。它又是一種高效、耐用、應用范圍很廣的超高真空泵。在低溫泵技術(shù)發(fā)展的過(guò)程中最重大的突破是G-M(Gifford-McMahon) 制冷循環(huán)的應用和二十世紀六十年代活性炭的應用,這種低溫泵大量用于計算機芯片、半導體、平板顯示、數據記錄硬體和光電器件的制造過(guò)程中。低溫泵系統通常需要24h連續運轉, 全年365天持續工作。在日常運行中可能發(fā)生種種故障, 對低溫泵的制冷能力和抽氣特性產(chǎn)生影響。國內對低溫泵系統的故障也曾經(jīng)進(jìn)行了初步的研究 但內容還遠不能滿(mǎn)足解決大量實(shí)際問(wèn)題的需求。本文作者因工作關(guān)系比較系統地總結了低溫泵故障發(fā)生的類(lèi)型以及故障診斷分析的方法和解決問(wèn)題的措施。目前國內引進(jìn)的低溫泵越來(lái)越多, 培養一個(gè)熟練掌握低溫泵性能的維修人員, 不但需要大量的理論培訓, 而且需要長(cháng)時(shí)間的實(shí)踐訓練, 成本高、周期長(cháng)。雖然低溫泵維修手冊中包含了一些故障處理方面的內容, 但并不全面和具體, 遠不能滿(mǎn)足技術(shù)人員在實(shí)際維護中的需要。本文的內容是作者實(shí)踐經(jīng)驗的總結, 是對低溫泵維護手冊的補充, 可為使用低溫泵的科技人員提供一些現場(chǎng)檢修的實(shí)際指導, 對提高檢修效率降低檢修成本有一定的實(shí)用意義。
1、低溫泵故障類(lèi)型與診斷分析
1.1、壓縮機故障對低溫泵抽氣性能的影響
1.1.1、泄漏對低溫泵抽氣性能的影響
(1)氦氣壓縮機潤滑油的泄漏
故障現象: 氦氣壓縮機內部有潤滑油泄漏故障分析和排除: 氦氣壓縮機由機械部件組成, 為了保證運轉的正常需要對運動(dòng)部件進(jìn)行潤滑油潤滑。潤滑油會(huì )與從低溫泵中回來(lái)的氦氣混合后進(jìn)入壓縮機的泵體。通過(guò)泵體壓縮后, 出來(lái)的是高溫高壓帶有潤滑油的氦氣。通常壓縮機漏油分兩種情況: 第一種是壓縮機經(jīng)過(guò)多年的連續運轉后, 密封件老化, 造成泄漏。第二種是由壓縮機的安全閥引起的。在壓縮機的管路中裝有一個(gè)黃色銅制安全閥, 當壓縮機內部的壓力超過(guò)一定數值時(shí), 安全閥被推開(kāi), 高壓的潤滑油與氦氣的混合物噴出, 造成漏油。
因此, 壓縮機的潤滑油泄漏分為密封件老化泄漏和安全閥打開(kāi)泄漏。這兩種情況都是不能完全避免的。而低溫泵系統通常是放在潔凈室內,不可以有任何泄漏污染工作環(huán)境。所以通常建議將低溫泵和壓縮機分開(kāi)放置, 即將壓縮機放置到潔凈室的外面, 以防萬(wàn)一。
(2) 氦氣壓縮機的氦氣泄漏
故障現象: 在壓縮機經(jīng)過(guò)長(cháng)期運轉后, 壓縮機內的氦氣壓力會(huì )有所降低。
故障分析和排除: 這可能是由于兩種原因造成的。第一、在每次拆裝氦氣管路時(shí), 會(huì )損失一定的氦氣。氦氣管路的接頭為自密封型, 理論上每次拆裝只會(huì )有2 毫升的氦氣損耗。但實(shí)際操作時(shí), 有時(shí)會(huì )聽(tīng)到漏氣的聲音, 此時(shí)就有可能泄漏較多的氦氣。這種情況只需補充氦氣即可。第二、氦氣系統泄漏。氦氣系統的泄漏會(huì )造成氦氣的壓力持續降低, 最終會(huì )影響低溫泵的抽氣性能。這時(shí)需要使用帶有嗅探器(Sniffer) 的氦氣檢漏儀對整個(gè)低溫泵系統進(jìn)行測漏。排除漏點(diǎn)后, 對壓縮機補充氦氣。
因此, 為了避免氦氣的泄漏, 通常盡量避免對氦氣管路進(jìn)行頻繁拆裝。在氦氣壓縮機運轉多年后, 應對密封件進(jìn)行更換, 特別是各電磁閥處的密封墊圈。
1.1.2、壓縮機不能運轉對低溫泵抽氣性能的影響
(1) 壓縮機完全不能運轉
故障現象: 壓縮機完全不能啟動(dòng)
故障分析和排除: 壓縮機上安裝有主電源開(kāi)關(guān)和壓縮機開(kāi)關(guān)。在啟動(dòng)壓縮機時(shí)應該先開(kāi)啟主電源開(kāi)關(guān), 如果主電源開(kāi)關(guān)或壓縮機開(kāi)關(guān)立刻跳閘, 則表明電源的相序錯誤或電壓錯誤, 需要接入正確的電源相序和電壓。如果主電源開(kāi)關(guān)和壓縮機開(kāi)關(guān)都沒(méi)有跳閘, 檢查遠程控制器是否正確安裝使用。
因此, 壓縮機完全不能啟動(dòng)通常是由于電源錯誤或遠程控制器安裝不正確。當然, 壓縮機的電路損壞和機械部件損壞也會(huì )造成壓縮機完全不能運轉, 最常見(jiàn)的故障是由于電源相序錯誤,將會(huì )有一個(gè)叫相位監測器的元件損壞。
(2) 壓縮機只能運轉幾分鐘
故障現象: 在壓縮機開(kāi)啟后, 只能運轉幾分鐘, 就停止工作。
故障分析和排除: 查看主電源開(kāi)關(guān)是否跳閘, 如果跳閘, 則檢查輸入電壓是否正確, 檢查氦氣的靜態(tài)壓力是否在規定的范圍內, 如果太低需要補充氦氣, 如果氦氣壓力太高, 需要通過(guò)充氣接口放氣。檢查壓縮機冷卻水的流量和溫度, 冷卻水的溫度太高或太低都會(huì )引起壓縮機的溫度保護開(kāi)關(guān)跳閘。查看壓縮機的型號, 如果是1020R 或8500 系列, 同時(shí)壓縮機的噪音很大, 則表明壓縮機的潤滑油不足, 需要補充潤滑油。如果以上檢查都正常, 可以嘗試不斷啟動(dòng)壓縮機,觀(guān)察每次壓縮機開(kāi)關(guān)跳閘的時(shí)間間隔是否在不斷延長(cháng), 因為低溫泵首次啟動(dòng)或很長(cháng)時(shí)間沒(méi)有使用, 其內部的潤滑油溫度很低, 導致壓縮機的泵體潤滑情況不好。特別是在一些寒冷地區的冬季, 過(guò)低的溫度會(huì )使低溫泵的潤滑油凝結。這時(shí)低溫泵并沒(méi)有損壞, 只需反復啟動(dòng), 從而達到預熱的目的。因此, 壓縮機的正常運轉需要正確的氦氣壓力、良好的溫度控制和充足的潤滑油潤滑。
限于篇幅，文章第二章節的部分內容省略，詳細文章請郵件至作者索要。
3、結論
低溫泵系統的故障主要有: 壓縮機故障、低溫泵故障和再生故障。壓縮機故障又分為潤滑油泄漏、氦氣泄漏、不能啟動(dòng)和噪音。低溫泵故障又分為低溫泵不能冷卻、低溫泵噪音。低溫泵故障最常見(jiàn)的是再生故障又分為完全再生故障和快速再生故障。本文的方法可以為低溫泵系統故障診斷與排除提供實(shí)際的操作指導。
